Nguyễn Huệ và hai người anh em của ông là Nguyễn Nhạc và Nguyễn Lữ được biết đến với tên gọi Tây Sơn tam kiệt, là những nhà lãnh đạo cuộc khởi nghĩa Tây Sơn. Trong giai đoạn đầu, Nguyễn Nhạc là người khởi xướng, cầm đầu và là thủ lĩnh của cuộc khởi nghĩa. Nguyễn Huệ, Nguyễn Lữ cùng anh tham gia công việc chuẩn bị khởi nghĩa, trước hết là tập hợp lực lượng và xây dựng căn cứ trên Tây Sơn thượng đạo từ năm 1771. Đây là vùng đất mà tổ bốn đời của anh em Tây Sơn từ giữa thế kỷ XVII đã từng khai hoang, lập ra ấp Tây Sơn nhất (thôn An Khê, thị trấn An Khê, Gia Lai).
Năm 1773, Nguyễn Nhạc bắt đầu mở cuộc tấn công xuống Tây Sơn hạ đạo, khởi đầu cuộc khởi nghĩa vũ trang. Ngay trong năm 1773, Nguyễn Nhạc dùng mưu hạ thành Quy Nhơn và sau đó nhanh chóng giải phóng cả một vùng rộng lớn từ Quảng Ngãi đến Bình Thuận. Đến cuối năm 1775, quân Tây Sơn đã làm chủ cả vùng đất từ Quảng Nam đến Bình Thuận. Từ đó, Nguyễn Nhạc dồn sức mở những cuộc tấn công vào quân Nguyễn ở Gia Định và giải phóng toàn bộ Gia Định vào năm 1783.
Năm 1776, Nguyễn Nhạc tự xưng là Tây Sơn Vương. Năm 1778, Nguyễn Nhạc tự lập làm Hoàng đế, đặt niên hiệu là Thái Đức, mở rộng thành Đồ Bàn làm kinh đô gọi là thành Hoàng Đế.
Trong giai đoạn đầu này, Nguyễn Huệ là một tướng lĩnh dưới trướng của Nguyễn Nhạc nhưng đã thể hiện rõ tài năng và cống hiến của mình. Từ năm 1771 đến năm 1783, Nguyễn Huệ đã cùng anh xây dựng lực lượng khởi nghĩa và trở thành một tướng lĩnh cao cấp, tài ba của quân Tây Sơn. Trong bộ chỉ huy của Tây Sơn Vương Nguyễn Nhạc, Nguyễn Huệ giữ chức phụ chính. Trong triều Thái Đức, Nguyễn Huệ giữ chức Long Nhương tướng quân. Trong năm lần quân Tây Sơn tiến công vào Gia Định từ năm 1776 đến năm 1783, Nguyễn Huệ tham gia chỉ huy ba lần vào năm 1777, 1780, 1783.